深度分析绿色归档存储

　　1.概要

　　不断增加的电费成本、气候变化的新政策规定以及不断增加的环境意识，这些因素都会使得公司对他们的IT架构所消耗的能量仔细考虑。选择那些提高能效的IT产品和策略会极大的减少不断增加的电费、并且在支持公司环境策略的同时，也提高了操作效率。一个绿色节能的方面就是在公司信息的归档存储方面。

　　工业界的规定和公司的策略都需要重要的信息即使经过长时间，也可以被获取并且可以被访问到。依赖于工业界和记录的类型，保持数据的周期可以从5年到100年不等，而文化和历史信息被保存的时间就更不确定。这就给数字归档的操作造成了很大的负担。记录必须经过很多年还可以获取，并且这些获取并不频繁。这种需要长期的纪录并且不经常获取的方式使得数据归档在整个IT架构中成为一个可以在能耗以及环境方面有所改善的领域。

　　这篇文章比较了三家业界领先的存储厂商的基于网络的数据归档解决方案对电能的需求以及相应的碳足迹(carbon footprint)。产品来自于网络应用(NetApp)公司的磁盘解决方案NearStore R200、EMC公司的两款不同配置的磁盘Centera产品以及Plasmon公司的基于光存储技术的高光学密度(UDO)归档应用。

　　图1概括地给出了比较四种不同产品耗电情况的分析结果。该实验基于40TB的归档存储应用，长达10年以上的操作，并且使用纽约、伦敦、东京的电能平均费用作为参考，假设该费用以每年6%的增长速度增加。该柱状图同样反映了每一个产品的两种不同归档策略。第一种策略在一个主站点部署了一个单一归档，而第二个策略则在第二个站点增加了冗余的归档存储以用于灾难恢复(DR)。

　　图1 主要的用于灾难恢复的平均归档操作费用(以美元计算)

　　分析的结果在三个方面给我们留下深刻印象。首先，虽然NetAPP和EMC公司的归档都是基于磁盘技术，但是它们的电能耗费是不同的。这一点反映了两家公司产品架构上的不同。其次，Plasmon公司的UDO归档应用解决方案比起NetApp或者EMC公司都显著的便宜。最为最极端的例子，Plasmon的解决方案会比最贵的地解决方案节省成本38倍之多。第三，Plasmon的灾难恢复策略提供了一个解决方案，该方案比起基于磁盘的解决方案节省很多，仅仅比原先的单点归档贵了一点点，而基于磁盘的解决方案则需要双倍的能耗来实现冗余归档。

　　每一个归档系统的能量消耗对于环境都是一个直接的影响，因为每年都需要释放大量的二氧化碳来产生电能。操作一个UDO归档应用每年将要产生4-5公吨的二氧化碳，而这一数字几乎是英国和日本人均每年排出二氧化碳的一半，同时是每年美国公民碳足迹的25%。相比较，NetAPP的应用每年则产生18-44吨的二氧化碳;而EMC公司的产品则产生51-207吨的二氧化碳。EMC公司最差的一个例子(207吨)所需要的碳足迹和英国或者日本20个人每年的碳足迹是相等的。

　　在选择一个归档策略的存储技术时需要考虑很多因素，以下的是很关键的一些因素：电能费用、可以获取足够的电能以及环境考虑。公司们都在寻找减少操作成本的方法，同时在一些大城市以及发展中国家的公司都在努力做到满足他们对于不断增长的电能的需求。我们通常可以看到计算机室里只有一半的设备进行的了装配，这仅仅是由于没有足够的电能来操作一个完全的数据中心。这些经济方面和操作方面的考虑都是由于需要建立更加负责任的环境策略所带来的压力所致，而这些策略正是强调防止能源过度消耗以及减少碳足迹。这篇报告主旨部分所分析的内容展示了选择一个特别的归档技术所带来的能量消耗和环境的影响。同时也提供了一种评估专业归档策略的绿色信任度的方法。

　　2.不断变化的环境

　　气候的变化是21世纪人类所面临的最重要的全球问题。对于生活在发展中国家中的我们，气候的变化会对我们如何引领我们的生活产生重要影响，无论从个人角度还是从专业角度来看。这里有一个认同，就是我们传统的能源供应并不是永远用不完或者是完全安全的，人们普遍懂得如何使用能源，并且认识到过度使用会对我们的环境产生不利影响。结果就是，政府、公司以及个人都在采取相应的措施来提高环境意识，并且防止过度的使用或者破坏环境资源。

　　虽然各个国家的规定、法律条文以及当地的风俗各不相同甚至相互冲突，但是不可否认的是我们都需要对环境更加负责任，这是历史的潮流。在这样不断增加环境意识以及不断增加能源费用的背景下，公司都在寻找减少财政支出以及减少碳足迹的方法。

　　一个公司中最主要的消耗电能的地方就是IT部门。许多公司都积极地通过建立环境策略、购买那些可以循环利用的服务器、存储以及IT网络技术产品来减少电能的消耗。

　　个人IT产品的能量消耗的细节通过完全的新的方式来仔细检查。电的使用效率当前是IT决策过程中最主要考虑的问题。公司们都在寻找那些满足他们技术需要、同时又可以减少能量消耗并且带来好的结果的解决方案。
　3.归档存储

　　公司都需要长时间的保持那些策略性的商务纪录。这一点是由工业规范、风险管理的公司策略以及开发更具价值的信息集等因素所驱动的。工业界的所有数字文档类型惯例上都需要保存几年甚至几十年。这些文档包括：财政事务纪录和报告、法律执行文档、工程设计方案、保持以及安全日志、邮件、人力资源信息、文化和历史文档。

　　归档记录的特点是一些关键属性和需求。不像那些主动创建或者修改的数据，文档是静态的并且在很多时候都需要仔细保护以防止被修改。访问归档数据和访问活动的数据是不同的，因为归档数据必须长时间的可用，并且可以随机不频繁的访问到。IT管理员的挑战就是开发一个归档策略，该策略是用最合适的也是最可以接受的技术，将归档数据隔离到一个环境中，满足真实性、长久性以及可访问性的要求。

　　3.1归档配置

　　这篇报告的分析比较了三种不同厂商的产品，并且该产品都是作为该厂商所指定的归档存储解决方案。为了公平的比较这些产品，仅仅选取基于网络的解决方案。这样的选择避免了由于附加服务器或者网络硬件所带来的复杂性，并且反映了完全集成特性的市场趋势。

　　产品的选择包括NetApp公司带有SnapLock软件功能的NearStore R200、EMC公司的Centera以及Plasmon公司的UDO归档应用。NetApp和EMC公司的解决方案都采用了高容量的SATA磁盘技术来存储归档记录。而作为EMC的案例，包括了两种不同配置的产品：奇偶(Parity)以及镜像(Mirrored)。Centera产品的这两种配置选项提供了不同级别的磁盘冗余性。这两种产品都会被包括，因为它们各自对能量的利用影响都不同。相比而言，UDO归档应用则是一种混合的解决方案，使用小容量的SATA磁盘用于高性能缓存，前面是一个自动库，该库包含了许多60GB UDO2的光介质磁盘

　   图2 被选取的产品和归档容量

　　目标归档容量是40TB的可用存储，该分析计算超过10年的成本。因为不可能配置不同的系统精确满足40TB的目标容量，我们采用了最接近的容量配置。为了弥补系统容量所造成的不同，总共的能量成本会根据实际容量和40TB目标容量的比率来进行计算。

　　4.功耗分析

　　4.1系统负载(load)计算

　　总共的系统负载通过操作每一个归档系统所需要的电能来定义。所有的功耗计算都是基于厂商网站上得到的数据手册(data sheet)上描述的数据信息。

　　所指定的UDO归档应用(AA638)的配置为2TB的磁盘缓存，外加638槽的UDO库，使用6个UDO2磁盘驱动器，提供38.8TB的归档容量。而NetApp NearStore归档则是基于“six-shelf”系统，使用84个500GB的磁盘驱动器，并且可用容量为35TB。EMC公司的Centera Parity系统则使用28节点的配置并且带有112个500GB的SATA磁盘驱动器，提供了42.8TB的可用存储。而EMC公司的Centera mirrored系统则提供了更高程度的系统冗余，使用了48节点的配置并且带有192个磁盘驱动器，提供了43.2TB的使用容量。本报告的第十部分对容量和耗能计算作以详细解释，而图3简单地列举了每一产品容量和耗能的情况。

　　 图3 系统负载耗能

　　为了补偿系统容量的不同，所有的能量耗费都根据实际容量的大小和40TB目标容量的比率做上下调整。虽然这个方法不能反映实际系统精确的能耗成本，但是它确实提供了一个公平的方式来比较系统的操作成本，而容量的差别也比较小。

　　因为大多数的专业归档用于系统升级或者保持所造成关电的频率不高，该分析在计算电能消耗时，假设最差的情况是24x7x365小时的操作(8760小时/年)。

　　4.2 耗电分类

　　为了理想的估计总共的耗电成本，直接的和间接的消耗都被考虑进去。整个耗电可以分为两大部分：一部分是系统负载，该部分用于实际驱动存储系统的所需电能;另一部分是网络关键物理设施(NCPI)负担，该部分提供了散热、循环、湿度以及不掉电(UPS)设施的负载。使用了通用的工业界的标准，这个分析假设NCPI的电能消耗和系统负载消耗相等(1:1的比率)。图4显示了实际的系统负载和NCPI耗电的分析。

　　图4 耗电分类——系统和NCPI负载

　　4.3耗电费用

　　耗电的费用不同的地方是明显不同的。为了反映这些差异，该分析使用三大洲主要城市的电费作为代表：北美洲、欧洲以及亚洲。用于产生和供电最便宜的是纽约，其次是东京，然后是伦敦(可以参考图5)。电的价格是基于2005/2006能量信息部门(www.eia.doe.gov)以及欧洲企业家指南网站(www.businessupdated.com)所提供的。因为电的价格是不可能长时间不变的，因此在我们的分析中使用6%的增长率作为10年电费价格的参考

　　 图5 每kwh的电费(以美元计算)

　　5.单一主归档站点

　　下面的图表反映了超过十年、电费年增长率6%的归档系统所耗费的电费成本，以美元来计算。这个图表是基于单一主站点40TB的归档，地点分别是纽约、东京和伦敦。

　　图6 主归档站点的归档操作费用(以美元计算)

　　图7 主归档站点的归档操作费用(以美元计算)-数据概要

　　Plasmon的AA638和NetApp或者EMC公司的产品相比，如果不考虑地点的话，操作成本低得多。在最贵的城市，AA648需要耗费29732美元来操作10年，相比较，EMC的Centera mirrored配置的产品需要708178美元的电费账单。这一点表现出Plamon和EMC配置上的不同导致24倍的操作成本的差异。

　　同时，一个很令人感兴趣的事是NetApp的配置比起EMC的系统更加便宜，虽然两者都是基于SATA硬盘技术。这一点可以从两个显著的设计上的不同来解释。Centera的配置提供了更高的冗余性，需要更多的磁盘驱动器来满足40TB的目标容量。它由四个驱动器节点所构成，每一个节点有自己的处理器。Centera的设计比起简单得NetApp RAID架构需要更多的电能消耗。而NetApp的解决方案提供了更高的磁盘利用率，它是由标准的RAID架构所实现，不需要提供像Centera那样级别的弹性。这些系统级的冗余问题在UDO归档应用中是不必考虑的，因为UDO归档是基于高光学密度的非易失性存储介质。

      图8 主站点的成本比率概况

　　虽然NetApp系统比起EMC公司的产品便宜很多，但是它和Plasmon公司的UDO归档应用产品比起来还要贵5倍之多。Plasmon的解决方案耗能之所以少是因为它是用了很少量的磁盘来作为高性能的缓存，同时使用能耗较小的可移动UDO介质来归档数据。统计中显示得UDO归档应用的功耗是在一种最坏的情况下——需要磁盘驱动器、库以及全速运转的UDO驱动器。实际上还有一种特殊的情况就是：UDO驱动器和库当它们不使用的时候都处于idle状态，节省更多的电能。相比较而言，NetApp和EMC系统则消耗大量的磁盘电能和散热能量，即使没有用户来访问这些归档数据。

　　6.主归档站点和灾难恢复归档站点

　　归档记录一般是价值较高的文档，不能被再生并且被长时间保存，当需要是可以快速访问这些文档。这些特点意味着仅仅保持一个单点物理位置的拷贝风险是很大的。因此，一般公司会实现一个灾难恢复策略，用以保证另外一个物理位置的归档数据安全，以防止当第一个站点的数据不可访问的时候，提供这种持续性的数据访问性，或者发生灾难事件时重建归档所用。

　　因为第二个灾难恢复站点相对简单，因此一个额外的能量成本的分析很容易进行，因为你可以比较主站点和第二个灾难恢复站点的操作成本。在EMC和NetApp的解决方案中，推荐的灾难恢复策略就是部署第二个完全相同的机遇磁盘的归档。因此，所耗费的能量就是原先的2倍。

　　而使用UDO归档应用，则有两种灾难恢复的方案。第一种方案和EMC以及NetApp策略是相似的：部署第二个UDO归档应用。第二种方案实际上就是对第一个归档应用中的可移动UDO介质的复制并且将灾难恢复的介质和UDO桌面驱动器放在一起。如果需要灾难恢复站点的数据，可以使用UDO桌面驱动器来访问这些数据，直到主站点恢复了正常操作。在一个灾难恢复站点上存储离线的UDO介质作为第二个可操作系统虽然不能提供同样的访问效率，并且需要额外的管理，但是它确实提供了更加绿色的机制。使用这种离线介质的灾难恢复策略比起创建一个完全冗余的灾难恢复站点消耗更少的能量。离线的灾难恢复站点需要非常少的能量来操作主站点。

　　在分析中，离线灾难恢复站点的功耗是主归档应用的25%。对于那些需要快速访问灾难恢复站点数据的公司来讲，必须要安装第二个UDO归档应用;而对于那些考虑离线灾难恢复策略成本高于性能需求的公司来讲，则第二种方案显然更好。

　　下面的图表反映了操作一个主站点和灾难恢复站点长达10年、并且能量费用以6%增长所需要的电费，以美元计算。该图表基于40TB主站点和灾难恢复站点的归档，分别考虑纽约、东京和伦敦。EMC和NetApp公司的配置针对灾难恢复站点使用复制的归档系统，而UDO归档应用则部署了离线的灾难恢复策略。

　　图9 主站点和灾难恢复站点的归档操作成本(以美元计算)

　　主站点&灾难恢复站点纽约东京伦敦

　　图10 主站点和灾难恢复站点的归档操作成本(以美元计算)——数据概要

　　针对UDO归档应用，部署一个离线灾难恢复策略加大了UDO和基于磁盘系统在操作成本上的差距。在伦敦，UDO归档应用需要37165美元在长达10年以上来操作主站点和灾难恢复站点，而Centera mirrored配置的产品则需要1412365美元的电费，因为它使用了完全相同的两个站点。这一点表现了Plasmon配置和EMC配置产品38倍巨大的价格差距。

　    图11 主站点和灾难恢复站点的成本比率概要
　7.归档容量的每TB成本

　　另一个计算不同归档解决方案操作成本的办法就是将成本按照每TB的容量来计算。有一点需要注意的是这种分析并没有把数据或者系统管理的成本因素考虑在内，我们关心的仅仅是想知道给一个归档系统供电以及通过选择一些低耗能硬件所带来的潜在的节省所需要的费用。图12概要给出了1个TB的归档容量在第一年操作中所需要的成本，以美元计算。可以看到，UDO归档应用的产品结构比起EMC或者NetApp产品更加便宜.

　　图12 1年每TB的功耗(以美元计算)

　　8.碳足迹

　　如果将上述的数据变为更加直观，能耗的数字可以通过每个归档解决方案所需要的碳足迹来计算。下图中所总结的碳足迹结果是基于“SafeClimate for Business”(www.safeclimate.net)在线提供的碳足迹计算公式而得到，该组织是一个国家/私人合办的组织部门，旨在促进商务的同时，减少工业的生态足迹，保存现有的环境状况，同时帮助采用这些宗旨的公司创造价值。

　　图13用两种不同的视角来看待碳足迹。第一种计算方法通过每一个归档的电能耗费来计算所带了的碳的挥发量(以公吨来计算)。第二种计算办法比较每一个归档释放量和每年人均碳的排放量。在两种方法的结果中，还要看不同地理位置所造成的不同结果。三个国家中每一个电能的排除碳的方式是通过他们生产电能的不同方法(比如煤，水电，核电等等)，并且人均的碳的消耗也有所不同。

　　图13 平均的碳足迹(公吨)以及每一个人的碳挥发量

　　图14 平均碳足迹——数据概要

　　通过看美国的数据，你可以得出碳产量的公吨数、人均碳的释放量显著不同于日本以及英国得到的结果。这是因为美国人均碳的释放量要2倍于日本和英国的碳释放量。美国人均要产出20公吨的碳，而日本则是9公吨，英国是11公吨。

　　最大碳的产出量来自于EMC公司的Centera系统，当时用一个mirrored的配置，并且采用一个数据恢复站点时，每年在英国需要产生207公吨的碳。而英国人均才释放11公吨的碳，这就等同于19个人每年碳的释放量。更实际的比较是，这就等同于从纽约到伦敦每年172张往返机票所需要释放的碳(1.2公吨/人/往返飞行);这也同样意味着一台电视185年所需要耗费的电能(以290watt/每年来计算);还意味着必须要多种植275棵树来使用这些碳能源。

　　而Plasmon的UDO归档应用则是最绿色的归档解决方案：每年平均产出4-5公吨的碳挥发，而这一数字仅仅是每一个国家人均碳挥发的很小的一部分比例。

　　9.总结

　　选择一个存储系统来建立一个归档存储策略需要仔细的考虑。所有针对归档的需求都需要被定义和评估。这些评估的因素包括性能、记录真实性、数据长久性、系统保持力、相关管理、购买成本以及操作成本。本篇报告详细地分析了这些技术方面中的一个因素，但是这个因素确是变得越来越重要。过去能源价格、电能的利用情况以及随之带来的环境影响可以被忽略。各种公司，无论大小，当前都受到预算、商业效率、竞争、法律以及为了更加绿色而必备的环境责任心的约束。

　　该报告的分析展示了不同的存储技术所带了巨大的能耗差异，并且也给出了一个明显的结论：依赖于磁盘技术的归档策略相比Plasmon的混合结构UDO归档应用耗费更多的能源。UDO应用将磁盘的优势和UDO技术结合起来，使得企业满足他们技术需求的同时，满足了商业和环境的需求，成为更加绿色的产品。

　　10 容量和电能计算总结

     11.UDO归档应用产品概要

　　Plasmon的UDO归档应用设计为专用安全、长久的针对重要商务信息的存储。通过使用独特的混合结构，UDO归档应用平衡了磁盘高性能的长处以及高光学密度(UDO)的长久性和真实性的特点来满足归档的需求，而传统的单一的存储产品则不能满足归档的需求。

　　UDO的归档应用是一个基于网络的设备，安装和配置起来非常简单。而NAS接口作为一个标准的网络驱动器是一个很好地解决方案。所有的归档数据都缓存到磁盘RAID上以用于快速访问，同时立刻写到UDO上用于长久的保持。写到可移动UDO介质的数据使用高占空比机器人技术(high duty cycle robotics)将存储槽中的目标介质从存储槽挪到多个UDO驱动器的其中一个。自动库技术则用来访问那些旧的数据，这些数据已经不存在于磁盘RAID缓存上了。而最近读些的数据可以在几毫秒内通过RAID缓存来得到;而从UDO介质上获取数据也就是几秒钟的时间。

　　图15 UDO归档应用架构

　　UDO归档应用产品线单点配置的容量从1TB到76TB不等，支持从入门级到专家级的归档需求。世界上成千上万的公司都使用UDO技术来满足他们针对真实性和长久性的法律规定要求以及风险管理策略。存储在UDO上的真正的“写一次读多次”(WORM)介质不能被更改，而这种记录真实性的程度比起重写磁盘技术的记录真实性要强很多。而50年UDO介质的生命周期也意味着比起磁盘技术有更长的持久性、低风险性以及能够极大的减少长期TCO(Total Cost of Ownership)成本。

　　UDO归档应用被证明是一个完全满足要求的归档存储系统。他的系统架构比起传统的磁盘存储架构，提供了更加显著的能耗以及环境优势。通过在系统中减少耗能大的服务器以及磁盘缓存资源数量，UDO归档应用只需要很少的电能就可以操作，因此也需要很少的碳足迹(carbon footprint)。而UDO介质可移动的本质在离线以及灾难恢复应用中，则进一步减少了对电能的需求。除此之外，UDO技术更加长时间的硬件退化周期以及更少的电路使得它对环境的影响比起磁盘技术更小，而磁盘技术则不断的停止和重启，耗费了更多的电能。UDO归档应用的设计使得各种规模大小的公司都可以满足他们不断增长的归档存储需求，使得经济上和环境上同时受益。